深水裸巖采用水下承臺搭設鋼棧橋施工技術

劉 勇

(核工業長沙中南建設集團有限公司，湖南 長沙 410116)

1 引 言

深水區大橋樁基施工離不開水上平臺或大型駁船設備作為工作平臺，而投入大型水上施工設備，不但投入費用巨大，而且在庫區河流一般缺乏此類設備，即使采用大型駁船和浮吊，也存在運營費用高和工效低的問題。進行水深20 m以上裸巖環境下鋼棧橋施工方法和技術的研究，不但可以解決庫區深水河流橋梁施工水上設備缺乏問題，而且穩定可靠，可改善水上施工條件，提高工作效率，可節約水上浮吊和打樁船及運輸駁船的投入，大幅節約施工成本。為今后相似條件下鋼棧橋的施工提供借鑒和實踐經驗，具有很好的應用推廣前景。一般情況下，鋼棧橋施工需要良好的巖石覆蓋層基礎，在淺水條件下鋼管樁能打入覆蓋層一定深度(5 m以上)，如水位為超20 m深水區，則要求覆蓋層更厚(8 m以上)才能滿足要求，并要求河流水位基本穩定，才能使鋼管樁承載力，穩定性處于良好狀態，而在裸巖的深水區，且水位變化無常條件下搭設鋼棧橋尚屬技術難題。以我公司承接的湖南沅陵酉水大橋為背景，進行工程實例分析。根據地質和水位狀況采用震動錘下沉鋼管樁和混凝土承臺加固并逐跨搭設鋼棧橋的施工方法，在技術支撐、安全保障和工期保證條件下，解決了鋼棧橋施工中深水裸層小群鋼管樁插打和深水水下封底承臺兩大難題。

2 工程概況

湖南沅陵酉水大橋工程項目，橋梁全長908.16 m，橋面為雙向4車道，橋面寬度：23.5 m。主橋全長480 m，主橋上部構造為(60+4×90+60)m預應力變截面混凝土連續箱梁，樁基均采用鉆孔灌注樁。其中大橋6#～10#主墩墩位于酉水河主航道，這5個墩位需在水上搭設鋼棧橋及平臺進行下部構造施工。河道水深最深處達18～22 m，河床覆蓋層平均僅0.5～0.6 m，屬無覆蓋層或稱超薄覆蓋層，俗稱“裸巖”，巖性為泥質粉砂巖，堅硬致密，鋼管樁無法正常插打，無法支撐穩定整體構架，加上酉水河河床地貌起伏大，給施工鋼平臺增加了困難。

3 主要方案及結構

(1)鋼棧橋采用螺旋管、型鋼與貝雷片相互焊與聯接的結構形式，單跨由4根螺旋管組合成1個高樁墩，5跨一聯72 m，每聯設置1個制動墩。

(2)主、次分配梁采用雙拼45#工字鋼，橋面板分配梁采用22#工字梁，橋面板采用10 mm厚鋼板，雙層樁間平聯結構采用20#槽鋼。

(3)鋼棧橋上部橫向布設6片貝雷片，每兩片為一組，在墩頂分配梁位置設置限位裝置與標準支撐架，以確保貝雷梁橫向穩定性。

(4)由于深水無覆蓋層的特點，鋼棧橋樁間下部采用導管水下灌注C30混凝土進行封底，把由群樁(鋼管樁)組成的高樁墩鋼管樁固結，形成筏板式混凝土剛性基礎，鋼棧橋的抗傾覆能力和整體穩定性大大增加。

(5)樁墩由4根鋼管樁組成，群樁代替排樁，增強了鋼棧橋橫向穩定性及豎向承載力。

(6)鋼棧橋與鋼平臺剛性連接一體，施工時實行平行推進作業，確保鋼棧橋與鋼平臺的整體穩定性。

4 主要施工流程

對打樁浮吊進行拋錨定位→設置打樁定位、導向架→插打小群樁基礎內鋼管樁，進行連接系焊接→汽車起重機與手動葫蘆配合吊裝模板至預定位置→潛水員水下連接與緊固鋼模板→鋼套箱水下拼裝、調平→下沉鋼套箱至河床底→沿套箱周邊撒布卵石封底→吸泥泵吸底泥→砂包定點投放→潛水員埋沙包封底→輸送泵水下灌注承臺混凝土→拆除模板→鋼管樁接長、連接系焊接→主分配梁安裝→貝雷梁及橋面板安裝→安全設施施工。

5 鋼棧橋施工

5.1 施工準備

研讀施工圖紙，掌握樁位、樁徑、樁長、樁頂、樁底標高、工程地質及水文地質等鉆孔相關資料；掌握鋼管樁尺寸、規格、長度等制作、安裝資料；掌握上部結構材料型號、組成、用量，同時還要熟讀施工規范，了解平臺施工要點及質量要求。

測量人員根據施工平面布置圖計算平臺定位樁坐標，水上施工利用錨錠系統精確定位浮吊，并進行導向架的安裝。

5.2 鋼樁插打

水中6#～9#墩混凝土輸送便橋鋼管樁采用懸打法下沉施工，用浮吊配合振動樁錘施打鋼管樁。鋼管樁入巖后，利用臨時定位平臺進行臨時固定，焊接連接系。測量組精確測量導向架的位置，利用錨碇系統調節導向架中心位置，在樁位與樁的垂直度達到條件后，將振動打樁錘一次下沉。

5.3 施工要點

(1)振動錘一定要夾緊樁頭，不得有松動或間隙，接頭處也容易產生振動。在插入鋼樁過程中，如發現樁頂局部變形或損壞，應將其截斷，并接長至設計標高。

(2)使用振動錘沉樁時，開始時可以靠自重使樁沉降，然后將振動樁錘與固定裝置牢固地連接在樁頂上，啟動振動錘進行下沉樁。一次性完成樁的下沉，中間停留時間不宜過長，以免樁周巖土恢復，難以繼續下沉。持續時間的振動太短，不會破壞巖土結構，過長則容易破壞振動錘的零件。持續振動的時間應根據不同的設備和巖性進行試驗確定。

(3)鋼管樁中間的接頭必須全焊，加勁和加長板也必須全焊并符合要求。待技術人員檢查樁接頭的焊接質量后，方可插入鋼樁。

(4)插入鋼管樁時，應保證滿足單樁許用承載力的要求。插入時應控制土層深度，檢查貫入度情況。在沉樁中，如發現貫入度異常、突然落樁、過度傾斜、移位等情況，應立即停止沉樁，等查清后，再繼續沉樁。

(5)沉樁過程中如出現樁位偏差較大，應重新拔出，糾正樁位后再次錘擊，不得使用移船方法糾正樁位。

5.4 模板安裝

小承臺鋼管樁連接系焊接完畢后，在鋼管樁四周焊接牛腿作為模板安裝平臺。模板分節制作、安裝。

模板拼接完成后，采用導聯作為下放工具，將模板逐步放入承臺四周河床面，潛水員進行水下固定。

模板安裝完畢后，利用吸砂泵清洗模板內淤泥等，潛水員水下作業對承臺下口采用沙袋或土工布等進行封堵。

5.5 承臺封底

初次封底采用船運卵石至平臺邊，通過皮帶輸送沿套箱周邊撒布卵石進行初次封底。潛水員下水檢查卵石封底情況，進行第二次水下埋砂包封底，砂包由運輸船運抵平臺，砂包通過螺旋管沿套箱周邊定點投放至水下預定位置。

采用吸泥泵吸套箱內底泥，自套箱中心向周圍進行吸泥，污泥排入河中，潛水員下水檢查吸泥情況。底泥吸干凈后，潛水員下水埋設砂包，封堵套箱底邊，確保水下灌注混凝土不漏漿。

5.6 灌注水下混凝土

安裝凝土輸送泵及管線，通過拌合站和攪拌車輸送混凝土至輸送泵，首批混凝土澆筑后，混凝土應連續灌注，吊機起吊灌注導管根據測量水下混凝土厚度進行移動，澆筑自中心向外四周進行，保證套箱內混凝土澆筑連續密實。第一次混凝土的灌注數量要能大于1 m的埋置導管深度和填充管道底部的要求。

6#～10#墩水下封底混凝土承臺設計強度為C30，混凝土達到3 d強度后，潛水員下水拆除套箱模板，吊車配合吊裝模板出水。

5.7 接高及連接鋼管樁

在已灌好混凝土的鋼樁樁外壁對稱焊接4個卡位角鋼。

起吊第二節鋼管樁，將第二節鋼管樁對準4個卡位角鋼中間緩緩下放，使鋼管樁順著卡位角鋼滑到底節鋼管頂面，轉動鋼管使上下節鋼管的某一段對位比較圓順并使上面的鋼管略微支撐在下護筒上，同時用兩臺全站儀沿相互垂直的方向測量調節鋼管，將上鋼管與下鋼管的出露段調節到一條線上，并用小楔塊將上下鋼管對接口抄緊，吊船松鉤(吊鉤僅略微帶勁，使鋼管保持不倒即可)，再次用全站儀測量、調整，直至松鉤后上下鋼管位于一條線上。

從對接比較圓順的位置開始焊接鋼管，不圓順的位置則采用大錘敲打等措施調整，使上下鋼管對接平順并焊接，逐步將接頭焊接完畢，焊接質量要求必須滿足要求。

鋼管樁施工完成后，應立即將鋼管樁水平連接起來，用剪刀撐和鋼管平縫焊接。

5.8 鋼管樁連接系及樁頂分配梁施工

小承臺處鋼管樁施工完成后，立即進行該墩鋼管樁間平聯、樁頂分配梁施工。

在鋼管樁上進行平聯位置的測量放樣。技術員實測樁間平聯長度并在后場下料，同步進行樁頭加工、焊接及樁頂分配梁的加工。用船舶將半成品運至施工墩位處。

用浮吊懸吊平聯，到位后電焊工焊接平聯。對焊接縫進行質量檢查，符合要求后安裝。

測量放樣將超過設計高度的鋼管樁切除，安放并焊接樁頭鋼板，浮吊懸吊樁頂分配梁到達指定位置進行安裝并簡單固定，樁頂分配梁采用型鋼，電焊工按指定位置焊接縱、橫梁，焊縫質量達到設計要求。

5.9 貝雷梁安裝

貝雷梁的組裝：貝雷梁按照設計尺寸進行組裝后，在施工碼頭上轉運上運輸船。采用25 t浮吊進行架設。

將拼裝好的一組貝雷梁裝船并運至需要安裝的墩位，根據測量位置放置，先進行第一組貝雷梁的安裝，準確就位后先牢固捆綁在橫梁上，然后焊接限位器，再進行第二組貝雷梁的安裝，最后連接好兩組貝雷梁。

5.10 橋面板安裝

在貝雷梁頂進行面板系安裝，橋面板采用型鋼與鋼板組合的加工件，在加工工廠按照橋面跨度進行加工成半成品，運抵施工現場后直接進行安裝。為防止橋面板與貝雷梁產生橫向錯位滑移，橋面板兩側設置限位設施。

5.11 便橋安全設施安裝

平臺形成一段后可接著進行附屬安全設施的安裝。包括水、電管路及泵管的鋪架和橋面欄桿及照明、消防設施，安全警示標志。

5.12 鋼棧橋觀測情況

施工時實時監測鋼棧橋變形情況，采用橋梁施工的四邊形控制網進行監控，架立全站儀進行橫向、縱向、高程位移的測量，使用相對差異和變化率的結果來分析平臺的穩定性。

本次觀測持續時間共318 d，共監測記錄28組數據，橫、縱向最大變形分別為4.2 cm和3.1 cm，豎向最大變形出現在棧橋水深最大的位置，為3.3 cm。均滿足設計和運行的要求。

6 結 論

(1)上述采用群樁與封底混凝土相結合加固技術方案、321貝雷片橫向結構穩定及雙層樁間平聯結構加固措施，克服了深水、無覆蓋層、水位變化大三大難點。確保了鋼棧橋的穩定性及抗傾覆能力。

(2)經過對鋼棧橋結構受力分析、穩定性驗算、安全運行監測和觀測記錄，證明了在八級風力、1.5 m/s水流沖擊且河底裸巖環境下，鋼棧橋整體穩定性好、變形小、位移及沉降量小，完全滿足庫區深水河流橋梁施工要求。

(3)通過鋼棧橋與鋼平臺連為一體，樁間采用C30混凝土封底，保證了鋼棧橋與鋼平臺的承載能力及整體穩定性，滿足50 T汽吊橋上吊裝作業要求。

(4)鋼棧橋為水上材料、設備、人員提供了便捷的作業通道，為深水施工提供了作業空間，實踐證明：橋梁的上、下部結構各施工工序環節均能通過鋼棧橋與鋼平臺實現平行流水作業，達到優質、安全、高效、便捷的目的。

(5)通過對本項目大橋施工所采取的兩種方案(鋼棧橋與浮吊水運)的論證與對比，得出經濟數據如下：鋼棧橋總造價858萬元，扣除材料回收殘值191萬元后，實際總造價為667萬元，而投入浮吊水運總費用約1 600萬元，顯然，鋼棧橋方案比浮吊水運方案減少投入資金近1 000萬元，如果算上因縮短工期帶來的效益，那么采用鋼棧橋施工方案將產生更大的經濟效益。